Sistema de visão e inteligência computacional em ambiente de nuvem para gestão de risco da ferrugem asiática na cultura da soja

dc.contributor.advisor1Cruvinel, Paulo Estevão
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7924553462118511por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8367-8233por
dc.contributor.authorNeves, Ricardo Alexandre
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7190904094905221por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-8129-8907por
dc.date.accessioned2024-08-08T11:59:20Z
dc.date.available2024-08-08T11:59:20Z
dc.date.issued2024-02-19
dc.description.abstractControlling Asian Soybean Rust (Phakopsora pachyrhizi) in soybeans (Glycine max (L.) Merril) often requires high fungicide use, which can lead to resistance. Thus, new control solutions are needed for mitigation. This work presents an intelligent computer vision system for assessing the presence and severity of this disease in crop areas. It involves pattern recognition and machine learning techniques, enabling diagnostic actions for prognosis and control. It considers a decision-support model using random variables related to climate, plants, and characteristics recognized in digital images of monitored soybean leaves. For feature extraction, it uses scale-invariant feature transform, histogram of oriented gradients, and Hu’s invariant moments techniques. It uses cloud-based computational infrastructure and intelligent network processing, as well as principal component analysis for dimensionality reduction of features classified by support vector machines. Additionally, a hidden Markov model is used to fuse random variables, offering robustness, effectiveness, and efficiency, as confirmed by expert cross-correlation. To evaluate data quality at various system stages, metric sets such as peak signal-to-noise ratio, mean squared error, structural similarity index, missing values, accuracy, precision, F1-score, and recall are considered. This solution prevents and reduces fungicide use, enhancing production and guiding future early spatio-temporal monitoring of the disease on an agricultural scale.eng
dc.description.resumoO controle da Ferrugem Asiática (Phakopsora pachyrhizi) da soja (Glycine max (L.) Merril) requer alto uso de fungicidas, o que pode gerar resistência. Logo, novas soluções de controle têm sido requeridas para sua mitigação. Este trabalho apresenta um sistema de inteligência e visão computacional para a avaliação da presença ou não desta doença em área de cultura e estágio de severidade. Envolve o uso de técnicas de reconhecimento de padrões e aprendizado de máquina, viabilizando ações de diagnóstico para prognósticos e controle. Considera um modelo de suporte à decisão que utiliza variáveis aleatórias relacionadas ao clima, às plantas e às características de padrões reconhecidos em imagens digitais de folhas da soja sob monitoramento. Para a extração de características utiliza as técnicas de transformada de características invariantes à escala, histograma de gradientes orientados e momentos invariantes de Hu. Faz uso de infraestrutura computacional em ambiente de nuvem e processamento baseado em redes inteligentes, bem como técnica de análise de componentes principais na etapa de redução da dimensionalidade das características que são classificadas por máquina de vetor de suporte. Adicionalmente, considera o modelo baseado no uso de cadeias ocultas de Markov, que é dedicado à fusão do conjunto das variáveis aleatórias, oferecendo robustez, eficácia e eficiência, conforme resultados validados por correlação cruzada com respostas de especialistas. Para a avaliação da qualidade dos dados, nas diversas etapas do sistema, são ainda considerados conjuntos de métricas, tais como razão sinal-ruído de pico, erro médio quadrático, índice de similaridade estrutural, valores ausentes, acurácia, precisão, F1-score e revocação. A solução desenvolvida oferece prevenção e minimização do uso de fungicidas, agregando valor ao processo produtivo e orientando o futuro monitoramento espaço-temporal precoce da doença em escala agrícola.por
dc.description.sponsorshipRecebi financiamento: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Processo 17/19350-2.por
dc.identifier.citationNEVES, Ricardo Alexandre. Sistema de visão e inteligência computacional em ambiente de nuvem para gestão de risco da ferrugem asiática na cultura da soja. 2024. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20311.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20311
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectProcessamento de imagenspor
dc.subjectAprendizado de máquinapor
dc.subjectSuporte à decisãopor
dc.subjectFerrugem asiática da sojapor
dc.subjectImage processingeng
dc.subjectMachine learningeng
dc.subjectDecision supporteng
dc.subjectAsian soybean rusteng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOpor
dc.titleSistema de visão e inteligência computacional em ambiente de nuvem para gestão de risco da ferrugem asiática na cultura da sojapor
dc.title.alternativeA cloud-based computational intelligence and vision system for asian rust risk analysis in soybean cropseng
dc.typeTesepor

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Tese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdf
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Tese de Doutorado